Ytrening av skrot/Surface cleaning

Surface cleaning of steel scrap

Project leader: Mikael Larsson, MEFOS

Introduction
Steel production and castings can principally be made from virgin ore or by reuse of scrapped steel. 
The steel processes are either organised in integrated steel plants or electric steel plants. Integrated steel production is based of approximately 80 % of iron units originating from ore and 20 % from scrap while electric steel plants are entirely de­pending of scrap. World steel production dominates by integrated steelmaking but the share of electric steel making is growing. 
Average charges for cast iron consist of 45 % steel scrap and 20 % pig iron, where the steel scrap might be alloyed or contain some surface treatment that threatens the quality of the casting. In that case the foundries are forced to increase the amount of pig iron, which comes from ore and thereby contains few impurities. Access to clean steel scrap would increase the circulation of steel and lowering the dependency of imported pig iron. 
Scrap circulation into new products is preferred for reasons as energy consumption, production costs, environmental concern, investment costs etc. 
Increased scrap usage can principally be made by a shift to electric steelmaking, a more advanced use of available scrap or by increasing the fraction of scrap in the raw material mix in integrated steel plants and foundries. 
A number of obstacles for wider scrap usages are related to steel surface protection typically zinc, paintings etc. or contamination as mercury. 

Goals

General
The project shall develop methods for simultaneous preheating and surface cleaning of scrap for further use in the steel and foundry sectors. 
The contributions to the program are:
- Reduced energy consumption by utilising energy containing waste or bi-product 
  gases as fuel
- Reduced environmental load
- Improved scrap utilisation and improved quality of scrap

Industrial
To deliver the basic data for the design of an equipment for the combined preheating and surface cleaning of scrap in ore based and scrap based steel production. 

Environmental
To decrease the emissions of carbon dioxide by ca 600 000 tons/year and the electricity consumption by 180 000 MWh/year (Estimated effect +10 years from 2004, for Swedish steel- and scrap industry).

Work plan
The work program is split into nine sub-projects with the following main objectives. 

1 Project management
- Definition of project plan
- Co-ordination of work
- Reporting 

2 Definition of test conditions
- Quality demands on the scrap for each application
- Thermodynamic and kinetic conditions for optimal processing 

3 Modification of equipment, design and construction of:
- Advanced gas and dust analysis
- Improved flame chamber for controlled hot gas generation
- New gas outlet for higher operational output temperature 

4 Commission and preliminary tests
- Functionality tests of the equipment
- Tuning and necessary modifications 

5 Pilot tests for application
Development of processes for combined preheating and surface cleaning of scrap dedicated for further melting in:
- Integrated steelmaking
- Electric steelmaking
- Foundries 

6 Melting tests
Melting test of preheated and cleaned scrap will be compared with standard scrap for:
- Melt out analysis
- Energy consumption
- Emissions of hydrocarbons, zinc and mercury 

7 Evaluation of tests
Structured analysis of obtained results regarding operational schemes and process efficiency 

8 Design of industrial processesDesign of production processes and interpretation of test results into expected:
- Productivity
- Yields
- Consumables
- Emissions
- Overall evaluation of environmental and economical savings 

9 Final report and dissemination of results
Beyond a final report, dissemination of the project results will be made through presentations at seminars as well as stakeholders in scientific journals and interna­tional conferences

Deliverables for 2004-2008
The project will generate;

• Know-how for design of an industrial process considering technical, economical and environmental benefits, compared to current situation.
• A final report, where the dissemination of the project results will be made through presentations at seminars as well as stakeholders in scientific journals and international conferences

Expected outputs are concepts for increased and more advanced usage of scrap in:-  Integrated steelmaking-  Electric steelmaking-  Foundries resulting in economising of energy and natural resources For each concept consumables, emissions and dimensional equipment data will be presented.

Deliverables for 2004-2005

Deliverables for 2006

Deliverables for 2007

Fragmentering
/Shredding
... är en teknik som används för sönderdelning av skrot innan det smälts om till nytt stål. Genom att utveckla tekniken att finfördela skrotet kan variationerna i dess samman-sättning minskas och dess densitet ökas. Detta innebär att stålindustrin vid omsmältning av skrotet kan reducera både sitt elbehov och sina utsläpp av koldioxid.
Läs mer >>

Laseranalys
/Laser analysis
... är en teknik som nu utvecklas för snabb bestämning av skrotets metallinnehåll. Stålindustrin väntas här få tillgång till en teknologi som kan komma att reducera behovet av jungfruliga metaller vid användning av skrot för tillverkning av nytt stål.
Läs mer >>

Skrotflödet i samhället
/Recycling of steel
... är trots den höga återvinningsgraden föga dokumenterat. Med bättre kunskaper skapas förutsättningar för ökad återvinning och bättre styrning av skrotsorter för optimerad skrot-användning. Stålindustrin får möjlighet att effektivisera sin energianvänd-ning, stora ekonomiska värden tas till vara och miljöbelastningen minskar.
Läs mer >>

Ytrening av skrot
/Surface cleaning of scrap
... är en teknik som skall bredda användningen av färg- och metallbelagt skrot som råvara till ett ökat antal stålsorter.  För stålindustrin innebär användning av ytrenat och förvärmt skrot att både energi-användning och koldioxidutsläpp kan reduceras. Dessutom kan den avdrivna zinkbeläggningen komma att återanvändas inom zinkindustrin.
Läs mer >>

Vanadinutvinning
/Recovery of Vanadium
Det finns låga halter av vanadin i svensk järnmalm. Genom utveckling av metoder för utvinning av vanadinet får en redan exploaterad naturresurs ett ökat miljövärde.
Läs mer>>

Ökat metallutbyte vid smältning av stål/New melting processes EAF
... är teoretiskt möjligt genom  metallurgisk manipulering under smältförloppet. Målet är att skapa sådana förhållanden att metaller överförs till stålet i stället för till slaggen. Detta innebär minskat behov av jungfruliga metaller, samtidigt som slaggen kan ges nya användnings-områden.
Läs mer >>

Återvinning av slagg
/New slag systems EAF
... är tekniskt möjligt genom utveckling av nya metoder för lakning av olika metaller ur slagger, t.ex vanadin, och behandling av slagger så de kan användas som t.ex isoleringsmaterial eller cementråvara. Vissa slagger kan också användas som ny slaggbildare i stålprocessen, vilket minskar behovet av ny kalk. Återvinning av slagg miinskar både behovet av deponering och förbrukningen av nya naturresurser vid ståltillverkningen.
Läs mer >>

Bevarande av alla ämnen i skrotet
/Tolerance of recycled elements
... är en  teoretisk studie som skall söka klarlägga hur dessa kan nyttjas för att ge den färdiga stålproduktens önskade egenskaper. Om sådan "självlegering" blir praktisk möjlig kan de metalliska ämnen som finns i skrotet, och som normalt avlägsnas i processen, bevaras i det nya stålet. Detta innebär att förlusten av metaller ur stålets kretslopp kan reduceras.
Läs mer >>

Nya höghållfasta stålprodukter
/Optimisation of hot rolling
... är ett forskningsprojekt som skall identifiera de processparametrar som vid värmning och valsning har störst inverkan på materialegenskaperna. De nya rönen kan ge stålindustrin möjligheter att med ökad precision framställa nya avancerade stålsorter och samtidigt minska förbrukningen av fossila bränslen.
Läs mer >>

Metoder för lättare stålkonstruktioner
/High strength steel structures
...ska för avancerade höghållfasta stål utmynna i att stålets egenskaper kopplas till produkternas användning och återvinning ur ett livscykelperspektiv. Genom denna metodutveckling kan stål-, bygg- och verkstadsindustrin få nya infallsvinklar på användandet av stål som både kan minska behovet av jungfruliga metaller och reducera emissionerna vid såväl tillverkning som användning av produkterna.
Läs mer >>

Miljövärderingsanalyser
/Environmental evaluation

I. Methodology for evaluation of environmental impact
...ska påvisa Stålkretsloppets miljövärde med beaktande av ekologiska, tekniska och sociala faktorer. Miljövärderingar ger forskare, industri, användare och samhället i övrigt möjlighet att värdera såväl stålets nytta för miljön som dess belastning på miljön ur ett livscykelperspektiv. En metod som gör miljövärderingar tillgängliga för objektiva beslut.
Läs mer >>

II. Conjoint analysis as a decision tool for evaluation of environmental performance of for instance experts and consumers preferences
... tar fram en metod för att mäta olika experters och andra intressenters attityder till och värdering av komplexa miljöfrågor.
Läs mer>>